Schakelen op hoogspanning

1. Schakelen op hoogspanning Woensdag 28 april 2004 J. Peuteman

2. Schakelen op hoogspanning • Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning? • Hoofdstuk 2: Schakelaars • Hoofdstuk 3: Het schakelen • Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid

3. Windenergiepark op de Thorntonbank 60 windturbines van 3,6 MW tot 5 MW generatorspanning optransformeren tot 33 kV Waarom Hoogspanning?

4. Windturbines verbonden via 33 kV netwerk transformatorplatform welke 33 kV transformeert naar 150 kV Waarom hoogspanning?

5. 150 kV zeekabel van 38 km lengte transporteert energie alle windturbines samen komt toe in “Slijkens” te Bredene Waarom hoogspanning?

6. Waarom hoogspanning? • Tenslotte de 150 kV terug naar beneden transformeren om verbruikers te voeden. • Laagspanningsnet 400 V / 230 V • Waarom hoogspanning? • Beperken joule verliezen tijdens energietransport

7. Waarom hoogspanning? • Rekenvoorbeeld: • P = 240 MW en lijnspanning van 150 kV. • Koperen kabels met sectie 625 mm2 • Jouleverlies = 2,7 MW, ongeveer 1%. • AANVAARDBAAR

8. Waarom hoogspanning? • Rekenvoorbeeld: • Alle gegevens blijven dezelfde, maar 33 kV • Jouleverlies = 56 MW • ONAANVAARDBAAR!!

9. Waarom hoogspanning? • Inderdaad: • P = U I • hoe hoger U, hoe lager I • hoe lager jouleverliezen

10. Waarom hoogspanning? • Natuurlijke reflex: • spanning zo hoog mogelijk • Is foute reflex! Waarom? • veiligheid • isolatie en andere apparatuur is duurder

11. P ~ U2 Waarom hoogspanning?

12. HS-net: AC of DC? Meestal AC dankzij transformatoren Soms DC Waarom hoogspanning?

13. HVDC High Voltage Direct Current Waarom hoogspanning?

14. Waarom hoogspanning? • DC-transmissie: HVDC • Voor zelfde hoeveelheid koper, zelfde isolatieniveau en zelfde hoeveelheid getransporteerd vermogen • minder jouleverlies

15. Waarom hoogspanning? • Voor zelfde hoeveelheid getransporteerd vermogen en zelfde jouleverlies • minder koper nodig = besparing • Rendeert enkel bij lange afstanden (> 750 km) want er is behoefte aan dure • gelijkrichter • wisselrichter

16. HVDC grote vermogens transporteren over lange afstand koppelen 50 Hz en 60 Hz net koppelen niet gesynchroniseerde netten Waarom hoogspanning

17. Schakelen op hoogspanning • Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning? • Hoofdstuk 2: Schakelaars • Hoofdstuk 3: Het schakelen • Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid

18. Schakelaars • Belangrijk onderscheid tussen • vermogenschakelaar • lastschakelaar • scheidingsschakelaar

19. Vermogenschakelaar kan kortsluitstromen onderbreken Lastschakelaar kan belastingsstromen onderbreken Scheidingsschakelaar enkel stroomloos bediend m Schakelaars

20. Schakelaars

21. Schakelaars • Bij openen stroomvoerende kring: • eerst openen vermogenschakelaar • dan openen scheidingsschakelaars • Bij sluiten kring: • eerst sluiten scheidingsschakelaars • daarna sluiten vermogenschakelaar

22. Schakelaars • Nut scheidingsschakelaar? • Nadat vermogenschakelaar of lastschakelaar geopend is, zorgt de scheidingschakelaar voor zichtbare onderbreking. • Als je aan installatie werkt wil je ZIEN dat deze spanningsloos is.

23. Schakelaars • Uitvoeringsvormen • Openbouwinstallaties • Gasdicht-metaalomsloten installaties • Omsloten installaties

24. Openbouwinstallaties voor hoge spanningen snelle montage, bereikbaarheid en uitbreiding relatief goedkoop Schakelaars

25. Schakelaars

26. Gasdicht-metaal-omsloten installaties isolatie via perslucht of SF6 veiligheid en weinig onderhoud neemt weinig plaats in Schakelaars

27. Omsloten installaties elektrische en mechanische afscherming niet gasdicht enkel MS en LS, geen HS Schakelaars

28. Schakelaars • Technologische uitvoering schakelaars • SF6-schakelaars • Persluchtschakelaars • Vacuümschakelaars

29. Schakelaars • SF6-schakelaars • bij hoogspanning en middenspanning • kan hoge kortsluitstromen onderbreken • SF6 heeft goede isolerende eigenschappen • geen SF6-lekken toegelaten

30. Schakelaars • SF6-schakelaars: eendrukschakelaars

31. Schakelaars • figuur A: bewegend en vaststaand contact zijn op elkaar gedrukt • figuur B: openen contacten vormt boog en bewegend zwart stuk comprimeert SF6 • figuur C: eenmaal boog gedoofd via nuldoorgang stroom, ontsnapt de SF6. Verse SF6 voorkomt herontsteken

32. Schakelaars • SF6-schakelaars: zelfblusschakelaars

33. Schakelaars • figuur A: bewegend en vaststaand contact zijn op elkaar gedrukt • figuur B: openen contacten vormt boog en boog levert energie om drukverschil op te bouwen • figuur C: eenmaal boog gedoofd via nuldoorgang stroom, ontsnapt de SF6. Verse SF6 voorkomt herontsteken

34. Schakelaars • Technologische uitvoering schakelaars • SF6-schakelaars • Persluchtschakelaars • Vacuümschakelaars

35. Schakelaars • Persluchtschakelaars • bruikbaar tot hoogste spanningen (765 kV) • persluchtlek is onschadelijk voor milieu • veel lawaai

36. Schakelaars • Persluchtschakelaars

37. Schakelaars • Bij openen contacten ontstaat een boog • Toevoer van perslucht ververst het medium tussen de contacten, heeft dus isolerende eigenschappen

38. Schakelaars • Technologische uitvoering schakelaars • SF6-schakelaars • Persluchtschakelaars • Vacuümschakelaars

39. Schakelaars • Vacuümschakelaars • weinig onderhoud • geen brand of explosiegevaar • geruisloos • bovengrens op uit te schakelen spanning

40. Schakelaars • Vacuümschakelaars

41. Schakelaars • Bij openen contacten ontstaat een boog • Verdampen metaaldeeltjes doch ook neerslag metaaldeeltjes op de wand • De boog dooft bij nuldoorgang, productie metaaldamp stopt maar neerslag gaat nog tijdje door • Terug een echt vacuüm tussen de contacten

42. Schakelen op hoogspanning • Hoofdstuk 1: Waarom hoogspanning? • Hoofdstuk 2: Schakelaars • Hoofdstuk 3: Het schakelen • Hoofdstuk 4: Elektrische veiligheid

43. Het schakelen • Ohmse kring: R1 = net, R2= belasting • R1 << R2

44. Het schakelen • Bij kortsluiting wordt de stroom enkel beperkt door R1 • Grote kortsluitstroom welke gedurende meerdere netperiodes vloeit • Openen kring op t = t0 en ontstaan boog • Boog dooft bij nuldoorgang op t = t1 • Boog mag niet heropkomen

45. Het schakelen

46. Het schakelen • Inductieve kring: L1 = net, L2 = belasting • L1 << L2, parasitaire C

47. Het schakelen • Bij kortsluiting wordt de stroom enkel beperkt door L1, stroom ijlt na op spanning • Grote kortsluitstroom welke gedurende meerdere netperiodes vloeit • Openen kring op t = t0 en ontstaan boog • Boog dooft bij nuldoorgang op t = t1 • Boog mag niet heropkomen

48. Het schakelen • Spanning over schakelaar S verandert vanaf t = t1 niet ogenblikkelijk, maar wel snel. • Spanning over S is de netspanning met een hoogfrequent overgangsverschijnsel er op gesuperponeerd. • Spanning over S stijgt snel en wordt groot, er mag geen nieuwe boog gevormd worden.

49. Het schakelen

50. Het schakelen • Conclusie: • het onderbreken van een inductieve kring is veel moeilijker dan het onderbreken van een ohmse kring.